Физика. Теория. Методика. Задачи - Демков В.П.
Скачать (прямая ссылка):
1,007825-931,5*938 МэВ - это очень малая величина. Для других атомов
энергия связи ядер примерно в 10б раз больше энергий связи электронов с
ядром. Поэтому если добавить и вычесть в соотношении (19.1) величину Zme
(суммарную массу электронов в нейтральном атоме) и пренебречь энергией
связи электронов с ядром
?св = с2 {[Z тр +Zme + (A-Z) т"] - (тя + Z те)},
то получим
Egg ~ с | [Z (тр + Mg) + (Л - Z) - Wgj. j,
или
Есв = c2{[Z WjH + (A - Z) mn] - mw}. (19.4)
Формула (19.4) более удобная, чем (19.1), потому что в таблицах обычно
даются не массы ядер тя, а массы атомов тт.
Энергия связи, приходящаяся на один нуклон, т.е.
Бсв уд = Ейъ/А, 09-5)
называется удельной энергией связи нуклонов в ядре. На рис. 19.1 показана
629
зависимость средней удельной энергии связи ядра от числа нуклонов для
стабильных ядер. С увеличением А кривая зависимости сначала возрастает и
выходит на насыщение, а при А > 60 - медленно спадает. Такое поведение
удельной энергии связи объясняется для легких ядер неполным насыщением
ядерных сил, когда число "соседей" у каждого нуклона меньше, чем это
возможно при их плотной упаковке, и возрастанием роли кулоновского
отталкивания протонов в ядрах с большим массовым числом, т.е. более
тяжелые ядра оказываются менее "прочными". Такая зависимость есв уд от А
делает энергетически возможными два процесса: 1) деление тяжелых ядер на
несколько более легких; 2) слияние легких ядер в одно ядро. При этом оба
процесса должны сопровождаться выделением большого количества энергии.
Радиоактивность
Историю ядерной физики принято отсчитывать с 1896 г., когда Анри
Беккерель, занимаясь исследованием фосфоресценции, обнаружил, что один из
минералов обладает способностью засвечивать фотопластинку, даже если та
завернута в светонепроницаемую бумагу. Было ясно, что минерал испускает
некоторое излучение, причем самопроизвольно. Это явление получило
название радиоактивности. Вскоре Мария и Пьер Кюри выделили два ранее не
известных химических элемента, обладавшие высокой радиоактивностью (эти
элементы получили названия полоний и радий). Позже были открыты и другие
радиоактивные элементы. Во всех случаях на радиоактивность не влияли
самые интенсивные физические или химические воздействия, в том числе
сильный нагрев или охлаждение, обработка сильнодействующими химическими
реактивами. Вскоре стало ясно, что источником радиоактивности являются
атомные ядра, превращаясь из одних в другие. Стало ясно также, что
радиоактивность возникает в результате распада нестабильного ядра.
Многие нестабильные изотопы встречаются в природе; их радиоактивность
называют естественной радиоактивностью. Другие нестабильные изотопы могут
быть созданы в лабораториях как продукты ядерных реакций, такие изотопы
называют искусственными, а их радиоактивность - искусственной
радиоактивностью.
При изучении радиоактивности было обнаружено, что по проникающей
способности излучение можно разделить на три различных вида. Излучение
одного вида едва проникало сквозь лист бумаги. Излучение второго вида
проходило сквозь алюминиевую пластинку толщиной до 3 мм. Излучение
третьего вида было особенно проникающим: оно проходило сквозь слой свинца
толщиной в несколько сантиметров. Эти три вида излучения были названы
первыми тремя буквами греческого алфавита: альфа (а)-, бета ((})- и гамма
(у)-излучением (лучами). Оказалось, что все три вида излучений имеют
различный электрический заряд: а-лучи заряжены положительно; р-лучи
заряжены отрицательно, а у-луч и нейтраль-
630
ны. Было обнаружено, что радиоактивные излучения всех трех видов
представляют собой уже известные частицы: альфа-лучи - это ядра атомов
гелия, бета-лучи состоят из электронов (идентичных электронам в атоме,
хотя Р-лучи испускаются ядром), гамма-лучи представляют собой фотоны
очень высокой энергии. Рассмотрим эти виды радиоактивного распада
подробнее.
1) Альфа-распад. Ядро, образующееся в результате испускания ядром а-
лучей (как было установлено - это ядра гелия *Не), должно отличаться от
исходного, так как последнее теряет два протона и два нейтрона. При а-
распаде всегда образуется новый химический элемент по схеме
^X-"^Y + *He. (19.6)
Превращение одного элемента в другой называют трансмутацией. Примером
альфа-распада может служить распад изотопа урана, протекающий с
образованием тория:
238тт 234't"l , 4тт_
92 U 90 2
В выражении (19.6) буквой X обозначен химический символ распадающегося
(материнского) ядра, буквой У-химический символ образующегося (дочернего)
ядра. Альфа-распад обычно сопровождается испусканием дочернем ядром у-
лучей.
Причиной альфа-распада служит нестабильность материнского ядра: энергия
покоя (масса) радиоактивного ядра превышает суммарную энергию (суммарную
массу) дочернего ядра и а-частицы. Разность масс выделяется в виде
кинетической энергии, уносимой в основном а-частицей. В большинстве
случаев радиоактивное вещество испускает несколько групп а-частиц
